JP7026966B2 - 粒体の定量フィーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、粉体を定量供給するための定量フィーダ装置に関する。

従来より、粉体を微量域で定量供給することは、その粉体の物性、例えば、比重、粒子、粒度の相違、水分や静電気に起因する付着性や凝集性に影響を受け、非常に困難な作業となっている。

このような課題に対し、出願人は、特許文献１に示すような粉体の定量フィーダ装置を開発した。この装置の基本構造は、図６に示すように、供給手段４、供給盤５および強制排出盤６から構成されている。供給盤５および強制排出盤６は同じ高さに設置され、供給手段４は、それよりも１段高い位置に配されている。供給手段４、供給盤５および強制排出盤６はすべて回転するように構成されている。

供給手段４は、羽根体４ａ、４ａ‥を有しており、羽根体４ａ、４ａ‥の先端が供給盤５の上面と摺接する。供給盤５および強制排出盤６は、歯車状の円盤に形成されており、周縁に歯が等間隔に形成されている。供給盤５および強制排出盤６は、互いの歯が噛み合うように配置されている。

回転する供給手段４の羽根体４ａ、４ａ‥によって送られた粉体は、逐次、回転する供
給盤５の計量溝５ａ、５ａ‥内に送られ、計量溝５ａ、５ａ‥が粉体で埋められていく。
強制排出盤６の突歯６ａ、６ａ‥が、供給盤５の計量溝５ａ、５ａ‥と噛合する位置の下には、排出シュート７が設けられており、供給盤５の計量溝５ａに埋められた粉体が、強制排出盤６の突歯６ａにより強制的に排出シュート７へ排出される。

特開２０１２－４１１０６号公報

ここで、特許文献１に開示された定量フィーダ装置では、図７に示すように、供給盤５及び強制排出盤６の上にカバー１７が配置されている。上述の通り、供給盤５および強制排出盤６は回転するため、従来では、回転が阻害されないように、供給盤５及び強制排出盤６と、カバー１７の間に１ｍｍ程度の隙間Ｓを設けていた。

しかしながら、供給盤５及び強制排出盤６と、カバー１７の間の隙間Ｓを１ｍｍ程度とすると、隙間の部分に粉体が入り込み、供給盤５の計量溝５ａ、５ａ‥に収容される粉体の量が増えてしまい、正確な定量を行うことができない。

これに対し、定量精度を向上させるため、供給盤５及び強制排出盤６と、カバー１７との隙間Ｓを０．５ｍｍ程度に狭めた場合には、供給盤５及び強制排出盤６の間に入り込んだ粉体が、供給盤５および強制排出盤６と、カバー１７との間で圧着されて、供給盤５および強制排出盤６の上面やカバーに強固に付着し、付着した粉体を掻き出すメンテナンスが必要となっていた。
このように、従来の粉体の定量フィーダ装置では、正確な定量供給と、良好なメンテナンス性とが両立し得ないという問題があった。

本発明は、このような問題に対してなされたものであり、正確な定量供給と、良好なメンテナンス性を得ることができる粉体の定量フィーダ装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記のような目的を達成するために、以下のような特徴を有している。
［１］ 粉体が投入される収容容器と、
収容容器の下方から粉体を搬送する供給手段と、
歯車状の円盤からなり、供給手段から搬送された粉体を歯車の凹部である計量溝に収容して、回転搬送する供給盤と、
歯車状の円盤からなり、供給盤と噛合して供給盤の計量溝に収容された粉体の排出を補助する強制排出盤と、
供給盤と強制排出盤との噛合部の下方に設けられ、供給盤の計量溝に収容された粉体が落下排出される排出シュートと、
隙間を介して供給盤および強制排出盤の上面を覆うカバーと、
隙間の一部である供給盤と強制排出盤との噛合部に設けられ、供給盤および強制排出盤と、カバーとの隙間を塞ぐカバーピースと、を備えた粉体の定量フィーダ装置。

［２］ カバーピースは、強制排出盤の歯と噛合する供給盤の計量溝の真上に、上下方向に貫通する孔が形成されている［１］に記載の粉体の定量フィーダ装置。
［３］ カバーピースは円盤状であり、
供給盤の１つの歯の計量溝から計量溝までの距離をＷとすると、カバーピースの径は１．５Ｗ～５Ｗである［２］に記載の粉体の定量フィーダ装置。
［４］ 供給盤の１つの計量溝から計量溝までの距離をＷとすると、カバーピースに形成された孔の径は、１Ｗ～３Ｗである［３］に記載の粉体の定量フィーダ装置。
［５］ カバーピースは、厚さが１．５～２．５ｍｍの円盤状である［１］に記載の粉体の定量フィーダ装置。

本発明の実施の形態に係る粉体の定量フィーダ装置の全体構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る粉体の定量フィーダ装置の定量部を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る粉体の定量フィーダ装置の供給盤および強制排出盤の周辺の断面図である。 本発明の実施の形態に係る粉体の定量フィーダ装置の供給盤と強制排出盤の噛合部を示した平面図である。 本発明の実施の形態に係る粉体の定量フィーダ装置のカバーピースを示す斜視図である。 従来の粉体の定量フィーダ装置の定量部を示す平面図である。 従来の粉体の定量フィーダ装置の供給盤および強制排出盤の周辺の断面図である。 本発明例で用いたカバーピースの形状を示す図である。 本発明例と従来例における時間（ｍｉｎ）と供給量（ｇ）との関係を示す図である。 本発明例と従来例における時間（ｍｉｎ）と単位時間当たりの供給量（ｇ／ｍｉｎ）との関係を示す図である。

以下、添付した図面を参照し、本発明の実施の形態に係る粒体の定量フィーダ装置について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る粉体の定量フィーダ装置の全体構成を示す断面図である。この粉体の定量フィーダ装置は、粉体の投入口１が開口された粉体の収容容器（ホッパー）２と、粉体の定量を行う定量部が設置されたディスクフレーム１０と、粉体の定量部を駆動するモータ８を有している。
収容容器２、ディスクフレーム１０およびモータ８は、架台９の上に設置されている。

図１では、収容容器２は、ブリッジ防止を目的としてストレートな円筒形としている。なお、収容容器２は、下方に従って径が小さくなるようなコーン状としてもよい。

攪拌軸１１の一部として、収容容器２内には、略Ｌ字状の丸棒からなる攪拌棒３が取り付けられている。攪拌棒３は、攪拌軸１１と同期回転することで、収容容器２内の粉体が、ブリッジや収容容器２の内側側面に付着しないように機能する。攪拌軸１１の下端側には、後述する供給盤５に定量の粉体を送り、供給するための供給手段４が取り付けられている。

攪拌棒３の下方には収容容器２の内壁面とやや隙間を設けて半月形の仕切板１２が設けられている。仕切板１２は、隔壁として収容容器（ホッパー）２内部と、その下方に設置された粉体の供給手段４とを分離している。仕切板１２は、供給手段４に供給する粉圧を一定に保ち、収容容器２内部の材料の残量の変化に伴う供給量の変動を最小限に抑えより精度良く定量供給を可能にするように機能する。

図２は、本発明の実施の形態に係る粉体の定量フィーダ装置の定量部を示す平面図である。定量部は、供給手段４、供給盤５および強制排出盤６を有している。供給盤５および強制排出盤６は同じ高さに設置され、供給手段４は、それよりも１段高い位置に配されている。供給盤５および強制排出盤６は、供給盤５および強制排出盤６の外周に沿った形状を有する共通の収容部２１に収容されている（図３参照）。供給手段４、供給盤５および強制排出盤６は、すべて回転するように構成されている。

供給手段４は、攪拌軸１１の中心に対し、等間隔に設けられた複数の羽根体４ａ、４ａ‥を有している。供給手段４は、平面視において供給盤５の周縁と一部が重複するように配置されており、供給手段４の羽根体４ａ、４ａ‥の先端が供給盤５の上面と摺接するように配置されている。供給手段４は、回転することにより、供給手段４の上部に配置されている収容容器２から粉体の落下を促進させ、供給盤５に形成された計量溝５ａ、５ａ‥へ粉体を送り込む。

供給盤５は、周縁に歯が等間隔に形成された歯車状の円盤により構成されている。供給盤５は、周縁に等ピッチで計量溝５ａ、５ａ‥が連続形成されている。供給手段４の羽根体４ａ、４ａ‥で送られた粉体は、逐次供給盤５の凹部である計量溝５ａ、５ａ‥内に送られ、この凹部（計量溝５ａ、５ａ‥）が粉体で埋められていく。

強制排出盤６は、周縁に歯が等間隔に形成された歯車状の円盤により構成されている。強制排出盤６は、同じく周縁に等ピッチで突歯６ａ、６ａ‥が形成されている。突歯６ａ、６ａ‥は、供給盤５の計量溝５ａ、５ａ‥と噛合するように構成されている。

図３に示すように、計量溝５ａ、５ａ‥と、突歯６ａ、６ａ‥の噛合部に相当する位置には、収容部２１の底に孔２１ａが形成されている。孔２１ａの下には、排出シュート７が連結されている。すなわち、排出シュート７は、計量溝５ａ、５ａ‥と、突歯６ａ、６ａ‥の噛合部に配されている。突歯６ａ、６ａ‥は、計量溝５ａ、５ａ‥と噛合する際に、計量溝５ａ、５ａ‥内に残存する粉体を、孔２１ａを介して排出シュート７に強制的に排出する。

供給手段４および供給盤５は、モータ８により駆動されている。なお、強制排出盤６は、供給盤５の計量溝５ａ、５ａ‥とその突歯６ａ、６ａ‥を噛合させることで供給盤５と同期回転する。供給手段４、供給盤５および強制排出盤６は、金属により構成することができる。

次に、図３～５を用いて、本発明の特徴を詳細に説明する。図３は、本発明の実施の形態に係る粉体の定量フィーダ装置の供給盤と強制排出盤の断面図であり、図４は、本発明の実施の形態に係る粉体の定量フィーダ装置の供給盤と強制排出盤との噛合部を示した平面図である。また、図５は、本発明の実施の形態に係る粉体の定量フィーダ装置のカバーピース（後述する）を示す斜視図である。

図３に示すように、供給盤５および強制排出盤６が収容された収容部２１の上面には、カバー１８が設置されている。カバー１８は、供給手段４が設けられていない供給盤５の上部と強制排出盤６の上部を覆うように構成されている。カバー１８と、供給盤５および強制排出盤６との間には、供給盤５および強制排出盤６の回転を阻害しないよう隙間Ｓが設けられている。隙間にはどうしても粉体が入り込んでしまうが、粉体が入り込むと計量溝５ａに収容される粉体の量が変化し、正確な定量を行うことができない。そのため、隙間の大きさＳは、できる限り小さいことが好ましく、２ｍｍ以下とすることが好ましい。

一方、隙間Ｓが小さすぎると、隙間Ｓに入り込んだ粉体が、供給盤５および強制排出盤
６とカバー１８との間で圧着されて、圧着された粉体が強固に供給盤５、強制排出盤６およびカバー１８に付着するため、付着した粉体を掻き落とすメンテナンスが必要となる。
そのため、隙間の大きさＳは、０．５ｍｍ以上とすることが好ましい。さらに好ましい隙間の大きさＳは、１ｍｍ程度（０．８ｍｍ～１．２ｍｍ）である。

図３に示すように、本発明においては、供給盤５および強制排出盤６と、カバー１８との隙間の一部に、カバーピース１９が設けられている。カバーピース１９は、隙間の大きさＳと同程度の高さを有しており、隙間を塞ぐように配される。例えば、カバーピース１９の高さは２ｍｍ程度（１．５ｍｍ～２．５ｍｍ）とすることができる。カバーピース１９の高さを、隙間Ｓ（１ｍｍ程度）よりも大きく（１．５ｍｍ以上）することで、隙間Ｓを塞ぐ機能を十分に果たすことができる。カバーピース１９の高さの上限値は、カバーピース１９を固定する部材に応じて設定することができる。本実施の形態では、ネジ２０（後述する）をカバーピース１９の上に配置して、ネジ２０によってカバーピース１９を上から押さえつけるようにしてカバーピース１９を設置するため、ネジ２０を嵌め込むスペースを確保するために、カバーピース２０の高さの上限値を２．５ｍｍとしている。カバーピース１９は、隙間の一部である供給盤５と強制排出盤６との噛合部に設けられ、供給盤５および強制排出盤６と、カバー１８との隙間を塞ぐ。カバーピース１９は、供給盤５および強制排出盤６の噛合部を十分に覆うことができるよう、平面視において、噛合部よりも大きい大きさに構成されている。カバーピース１９は、隙間に入り込んだ粉体が、供給盤５および強制排出盤６との噛合部に入り込むのを防ぐ機能を果たす。

図５に示す斜視図を示すように、カバーピース１９は、円柱状に形成されており、中央に、上下方向に貫通する孔１９ａが形成されている。カバーピース１９は、金属製の供給盤５および強制排出盤６と接触した際に、供給盤５および強制排出盤６の回転をできるだけ阻害しないよう、金属よりも柔らかい材質、例えば、樹脂、プラスチック、ゴム等の非金属材料により構成するものとする。具体的には、樹脂としては、ＰОＭ（ポリアセタール樹脂）や、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などを用いることができる。
ただし、カバーピース１９の材質は、粉体の凝集性などの性状によって金属が好ましい場合もある。そのため、カバーピース１９の材質は、粉体の性状も考慮して金属製を選択してもよい。

カバーピース１９は、隙間に入り込んだ粉体が、供給盤５および強制排出盤６との噛合部に入り込むのを防ぐことができれば、どのような形状であっても構わない。例えば、カバーピース１９は、四角柱や楕円柱などの形状としてもよい。なお、カバーピース１９を円柱状に形成すれば、供給盤５および強制排出盤６の回転により、カバーピース１９が設置された隙間の位置でわずかに回転する。このため、周方向に均等に摩耗させることができるという効果も期待できる。

また、カバーピース１９には、孔１９ａは形成されていなくても構わないが、以下の理由により、強制排出盤６の歯と噛合する供給盤５の計量溝５ａの真上に、上下方向に貫通する孔１９ａが形成されていることが好ましい。すなわち、供給盤５と強制排出盤６の噛合部の真上にカバーピース１９が存在すると、供給盤５および強制排出盤６と、カバーピース１９とが擦動することで静電気が発生し、カバーピース１９に粉体が付着して正確な定量を行うことができない。そのため、強制排出盤６の歯と噛合する供給盤５の計量溝５ａの真上には、孔１９ａが形成されていることが好ましい。
ただし、カバーピース１９に孔１９ａを形成すると、粉体が孔１９ａからカバーピース１９の上へ押し出されてしまい、粉体が定量フィーダ装置に残ってしまうことがあるため、粉体の性状等を考慮し、孔１９ａを形成しない構成としてもよい。

図４に示すように、平面視において、カバーピース１９は、供給盤５と強制排出盤６の
噛合部を覆うように配される。これにより、供給盤５と強制排出盤６の噛合部の上部の周囲の隙間から、粉体が噛合部へ流入するのを防止することができる。

ここで、供給盤５の１つの歯の溝から溝までの距離をＷとすると、カバーピース１９の径Ｄは、１．５Ｗ～５Ｗとすることが好ましい。径Ｄが、１．５Ｗ未満であると、供給盤５と強制排出盤６の噛合部の隙間に粉体が入り込むことを十分に防ぐことができない。また、径Ｄが、５Ｗより大きくなると、カバーピース１９と、供給盤５および強制排出盤６との摩擦により、供給盤５および強制排出盤６の回転を阻害する。よって、径Ｄは、上述の範囲とすることが好ましい。

さらに、孔１９ａの径ｄは、１Ｗ～３Ｗとすることが好ましい。径ｄが、１Ｗ未満であると、供給盤５および強制排出盤６と、カバーピース１９とが擦動することで静電気が発生し、カバーピース１９に粉体が付着して正確な定量を行うことができない。また、径ｄが３Ｗより大きいと、カバーピース１９自体の径Ｄが大きくなり、供給盤５や強制排出盤６の回転を阻害する。そのため、カバーピース１９の孔１９ａの径ｄは、上述の範囲とする。

カバーピース１９はどのように取り付けられていても構わないが、例えば、図３のように取り付けることができる。具体的には、カバー１８に、供給盤５と強制排出盤６の噛合部、即ち、孔２１ａ（排出シュート７）に相当する位置に、ネジ孔１８ａを形成し、このネジ孔１８ａからカバーピース１９を隙間に挿入する。そして、ネジ孔１８ａにネジ２０を螺合させて、カバーピース１９を適度な力で供給盤５と強制排出盤６の噛合部に押し付け、隙間への粉体の流入を防ぐ。

カバーピース１９は、供給盤５と強制排出盤６との擦動により使用回数・期間に応じて摩耗していくが、このように、カバー１８に形成されたネジ孔１８ａからカバーピース１９を挿入するように設置することで、カバーピース１９が摩耗してきた際に簡単に交換することができる。

次に、本発明の効果について説明する。従来では、カバー１８と、供給盤５および強制排出盤６との隙間に粉体が入り込むのを防ぐために、隙間の大きさを極力小さくして、定量精度を向上させていたため、カバー１８と、供給盤５および強制排出盤６の隙間で粉体が圧着されてメンテナンス性を悪化させていた。これに対し、本発明では、カバー１８と、供給盤５と強制排出盤６との隙間において、供給盤５と強制排出盤６の噛合部に非金属製のカバーピース１９を設置することにより、供給盤５および強制排出盤６を極力阻害せず、かつ、供給盤５と強制排出盤６の噛合部に粉体が入り込むのを防止することができる。

カバーピース１９を設置することで、供給盤５と強制排出盤６の噛合部に粉体が入り込むのを防止することができるため、カバー１８と、供給盤５および強制排出盤６との隙間の大きさＳを、任意の大きさに設定することができる。そのため、カバー１８と、供給盤５および強制排出盤６の隙間で粉体が圧着されない程度の隙間に設定することが可能となる。これにより、本発明では、メンテナンス性と正確な定量とを両立させることができる。
本発明は、上述の実施の形態に関わらず、本発明の要旨を逸脱しない限り、種々の設計変更を加えることができる。

本発明の効果を検証するために、カバーピースを設置した定量フィーダ装置（本発明例）と、カバーピースを設置していない定量フィーダ装置（従来例）を用いて、定量供給を
実施した。本発明例と従来例では、カバーピースとカバーピースを固定する治具（ネジ）の有無以外の構成は同一である。

図８は、本発明例で用いたカバーピースの形状を示す図である。図８の左図は、本発明例のカバーピースの平面図であり、右図は、その側面図である。図８に示すように、カバーピース１９Ａは、円盤状であり、図５に示されている孔１９ａは形成されていない。カバーピース１９Ａの厚さｔは、２ｍｍとした。

本発明例および従来例では、いずれも粉体として黄粉５０ｇを収容容器２に投入した。定量フィーダ装置を制御するコンピュータに、定量速度０．０６ｇ／ｍｉｎで、５０ｇ全量を排出するように指令を与えた（定量供給）。

図９および図１０に結果を示す。図９は、本発明例と従来例における時間（ｍｉｎ）と供給量（ｇ）との関係を示す図であり、図１０は、本発明例と従来例における時間（ｍｉｎ）と単位時間当たりの供給量（ｇ／ｍｉｎ）との関係を示す図である。

図９および図１０に示すように、本発明例および従来例のいずれも、定量供給開始から６６０（ｍｉｎ）を経過するあたりまで同程度の供給量（ｇ）となっており、６６０（ｍｉｎ）までは順調に定量供給がされている。本発明例では、その後も線形的に供給量（ｇ）が増加し、投入された粉体の全量である５０ｇが排出された。これに対し、従来例では、６６０（ｍｉｎ）を超えたあたりから供給量が減少し、投入された粉体５０ｇのうち４２．６ｇが排出された状態で供給が終了した。すなわち、従来例では、５０－４２．６＝７．４ｇの粉体が排出されずに定量フィーダ装置内に残留した状態で定量供給が終了した。

以上の結果から、本発明例では、カバーピース１９Ａを設置することにより、定量フィーダ装置に残留する粉体の量を低減させることができることが分かった。本発明例では、定量フィーダ装置内に残留する粉体の量を低減させることで、従来例よりも長い時間、粉体の正確な定量供給を行うことができ、定量性およびメンテナンス性を向上させることができることが分かった。また、本発明例では、装置内に残留する粉体の量を低減することができるため、粉体のコストを低減させることもできる。

２ 収容容器
４ 供給手段
５ 供給盤
６ 強制排出盤
７ 排出シュート
８ モータ
９ 架台
１０ ディスクフレーム
１９、１９Ａ カバーピース
２０ ネジ

Claims (5)

1. 粉体が投入される収容容器と、
   収容容器の下方から粉体を搬送する供給手段と、
   歯車状の円盤からなり、供給手段から搬送された粉体を歯車の凹部である計量溝に収容して、回転搬送する供給盤と、
   歯車状の円盤からなり、供給盤と噛合して供給盤の計量溝に収容された粉体の排出を補助する強制排出盤と、
   供給盤と強制排出盤との噛合部の下方に設けられ、供給盤の計量溝に収容された粉体が落下排出される排出シュートと、
   隙間を介して供給盤および強制排出盤の上面を覆うカバーと、
   隙間の一部である供給盤と強制排出盤との噛合部に設けられ、供給盤および強制排出盤と、カバーとの隙間を塞ぐカバーピースと、を備えた粉体の定量フィーダ装置であって、
   前記供給手段、前記供給盤及び前記強制排出盤は、水平回転して前記収容容器から排出された粉体を定量移送する定量部を構成し、
   前記収容容器内には、その収容容器の内壁面に沿って回動する攪拌棒を備え、前記攪拌棒は、その供給手段の回転中心軸に下端を装着し、供給手段と同期回転する構成としたことを特徴とする定量フィーダ装置。
2. 前記供給手段は、収容容器から排出された粉体を排出口へ搬送するための複数の羽根体を備えていることを特徴とする請求項１に記載の定量フィーダ装置。
3. 前記供給手段は、その回転中心軸の下端がセットされるギヤモータを駆動源として回転することを特徴とする請求項１又は２に記載の定量フィーダ装置。
4. 前記攪拌棒は収容容器の内壁面との間にやや間隔を隔て、非接触で回動することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の定量フィーダ装置。
5. 前記攪拌棒の下端は鈍角に屈曲されており、攪拌棒は、回転中心軸に沿って収容容器の下端側から内部空間に向かって突出する円錐形状の攪拌軸に、その一部として取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の定量フィーダ装置。

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